1南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯系： 機(jī)械系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化 姓 名： 張曉鋒 學(xué) 號： 060104262 外文出處： International Journal of Machine Tools 交叉孔 1.導(dǎo)言 振動切削是在加工過程中在切削刀具或工件上施加一個高頻或低頻振動,從而獲得更好的切削性能的一種技術(shù)。這項技術(shù)已應(yīng)用于木材 [1，2] 和低碳鋼 [3]中精密鉆削。在鉆削鋁材和玻纖增強(qiáng)塑料 [4，5] 時,利用低頻振動有利于減小毛刺的尺寸以及延長工具壽命。Adachi 等 【4】 開發(fā)了最高頻率為 100Hz，能產(chǎn)生低頻振動的電機(jī)伺服系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)在鋁材上鉆孔時，毛刺尺寸可減小 5%-25%。Onikura 等人[6，7] 在鉆床上利用壓電驅(qū)動器使其主軸產(chǎn)生 40kHz 的超聲波振動。他們發(fā)現(xiàn)超聲3波振動可以減少切屑和前刀面之間的摩擦力，可以使切屑更薄，同時大大的降低了切削力。因此，利用振動切削可以減少孔尺寸過大，減小切屑和前刀面之間的摩擦力，提高表面粗糙度。Chern 和 Lee[8]提出另一個新的方法來使工件獲得預(yù)期的振動。通過用直徑為 0.5mm 的麻花鉆進(jìn)行大量的實驗，他們發(fā)現(xiàn)增大振動頻率和振幅可以改善孔尺寸過大、孔中心錯位和鉆孔內(nèi)表面粗糙度。Jin 和 Murakawa[9]發(fā)現(xiàn)利用超聲振動切削可以有效的防止切削工具崩刃，從而延長刀具壽命。山和加藤 【5】 發(fā)現(xiàn)在超聲波 VC 下可以大大減少鉆孔的平均推力。鉆孔的切屑越薄越容易從孔中脫落。低切削力可以大大延緩在入口和出口處毛刺的形成。因此，使用振動切削可以提高鉆孔的總體質(zhì)量。除了鉆孔，車削工作是 VC 應(yīng)用的另一個領(lǐng)域。在 VC 的幫助下，發(fā)現(xiàn)機(jī)械加工性能差的玻璃材料可以有效地加工。超聲波 VC 方法可運用于加工玻璃 【10】 和鈉鈣玻璃 【11】 的車削工作。通過運用 VC 技術(shù)，一個最大為 0.03 微米的表面粗糙度，已經(jīng)在表面車削加工中獲得成功。在切削方向上運用超聲振動可以獲得超精密玻璃性。一般情況下，鋼鐵不能被金剛鉆加工是由于過度的刀具磨損。但在超聲波 VC下，不銹鋼金剛石車削工作的實現(xiàn)和不銹鋼鏡片的光學(xué)特性是通過在 0.026 微米的表面粗糙度而獲得的 【12】 。Shamoto 和 Moriwaki【13】 通過引入兩個同步方向的振動提出了一個橢圓振動切削的方法。淬硬模具鋼用低切削力、高品質(zhì)的表面和壽命長的刀具可在車削工作試驗中有效地加工 【14】 。工業(yè)閥門的制造往往涉及鉆孔和鏜孔的操作，產(chǎn)生交叉洞。一個主要問題的引起就是閥門里面形成了毛刺。交叉孔毛刺是許多工業(yè)面臨的最困難的毛刺任務(wù)。許多毛刺進(jìn)程并非適用于大多數(shù)交叉孔案件，特別是參與小直徑鉆孔工作時。交叉孔毛刺可能阻礙空氣和在實際應(yīng)用中閥的液體流動，導(dǎo)致故障或不良后果。在這篇論文中，振動鉆孔裝置的設(shè)計和制造。壓電驅(qū)動器是利用連桿的末端生成所需的軸向振動。對鉆孔后的工件表面粗糙度是否與 VC 有關(guān)進(jìn)行了研究。在田口法的幫助下，每個加工參數(shù)的影響率和貢獻(xiàn)率都可以確定。交叉孔內(nèi)毛刺的形成定義為是由鉆孔和鏜孔形成后的毛刺圓形陰影區(qū)域。毛刺大小的測量是通過圖像處理軟件計算黑色素數(shù)獲得圖像。通過實驗結(jié)果，我們討論了 VC 在鉆孔和鏜孔上的影響。42. 振動鉆孔裝置的設(shè)計和制造運用 VC 在鉆孔操作的基本思想，在圖 1 作了簡要的說明。在鏜桿上施加沿工件進(jìn)給速度方向上的振動。為確保鏜桿沿工件軸向振動，兩線性導(dǎo)軌對稱布置，并與夾持塊相聯(lián)接，如圖 2 所示。在先前的振動切削研究 [6-8，13，14] 中使用壓電驅(qū)動器來產(chǎn)生高頻率的振動。壓電驅(qū)動器具有很好的精確度、靈敏的反應(yīng)以及大的驅(qū)動力。因此在本文中，我們在鏜桿的末端附加了一個壓電驅(qū)動器來產(chǎn)生預(yù)期的振動。四個外部塊相連接來容納導(dǎo)軌、夾持塊和壓電裝置。整個鏜孔裝置見爆炸圖 3。裝置的照片見圖 4。此振動鉆孔設(shè)備的設(shè)計是基于以下考慮。1. 由于空間的限制，該設(shè)備是專為直徑為 12 毫米，長度為 150 毫米的鏜桿而設(shè)計的。鏜桿是通過螺絲釘來實現(xiàn)固定的，如圖 Fig.2。2. 在鉆孔操作過程中，整個結(jié)構(gòu)必須具備足夠的剛度來承受動態(tài)負(fù)載。裝置的各個元件是由高強(qiáng)度的不銹鋼制成，以提供足夠的剛度。圖 1 鉆孔操作的振動切割5圖 2 直線導(dǎo)軌和控制裝置圖 3 振動鉆孔裝置的爆炸形式圖 4 振動鉆孔裝置的圖片63.壓電驅(qū)動器以承受負(fù)載來運作。為了獲得高頻率振動，電源必須提供足夠的交流電。在本研究中，我們使用物理設(shè)備公司（PI）的壓電驅(qū)動器（PI P-244.10） ，以高功率的放大器(PI P-270.02)。P-270.02 最高頻率是 16 千赫。P-270.02 輸出電壓是從 0V 到-1000V，其峰值為 50mA，目前平均最大輸出是 13mA。4．P-244.10 的推力和拉力容量分別是 2000N 和 300N。顯然，壓電陶瓷能承受高的推動負(fù)載，但易碎且不能承受高拉力。為了避免在鉆孔中，因過度拉力而導(dǎo)致破換發(fā)生的可能性，壓電執(zhí)行器預(yù)裝了彈簧，如圖 Fig.4，在外表塊和控制裝置壓縮之間。彈簧的選擇是基于鉆孔力和拉力，并且能夠持續(xù)由壓電驅(qū)動器驅(qū)動。因此這項研究選擇了一個 1mm 的鋼絲彈簧直徑。3.實驗設(shè)備和方法 實驗設(shè)備介紹如下。發(fā)動機(jī)車床（Victor-500*1000）：執(zhí)行鏜孔實驗。加工中心（MC-1050P，三菱 520AM 控制器）：為了交叉孔實驗。激光位移計（Keyence LC-2430）：來衡量振動振幅。這種傳感器的抽樣率為 50kHz。該清晰度為 0.01μm，激光束斑為12μm。在整個測試中振動振幅保持在 2μm。刀具制造的顯微鏡（Olympus-STM）：來觀察在交叉孔的毛刺。在 0.5μm 清晰度下它擁有 200 倍的最大放大率。波形發(fā)生器（HP-33120A）：提供波形和頻率的功率放大器。表面粗糙度測量機(jī)（Talyround, series-2）：來測量在鏜孔后工件表面粗糙度。鏜孔插入：11°的硬質(zhì)合金 TPMR221，P10 的碳化鎢。鏜桿：一個直徑為 12毫米的硬質(zhì)合金 S12M-CTFPR11。1 毫米的鉆頭，2 長笛，包括角度 118°高速鋼（HSS） ，30°的螺旋角，15°第一減輕角，30°的第二減輕角。工作材料：鋁合金管（AL 6061–T6） ，30 毫米的內(nèi)徑和 40 毫米的外徑。切割液：礦物油。 3.1.振動鏜孔實驗 在振動鏜孔裝置下，我們開發(fā)了在發(fā)動機(jī)車床上處理實驗。這個實驗涉及到四個參數(shù)，因此在這篇論文中我們采用田口法來處理多變量影響的反應(yīng)。田口使用信號與噪聲（S/N）比率作為參數(shù)選擇的質(zhì)量特征。對于較小和更好的特征，S/N可以表示為721/log()SNyn???其中n是實驗次數(shù)和y是測量數(shù)據(jù)。方差的分析（ANOVA）表示為執(zhí)行分析了工藝參數(shù)的影響。基于方差的分析，各參數(shù)的貢獻(xiàn)率可預(yù)測，因此參數(shù)組合選擇可以優(yōu)化。如何利用田口法來詳細(xì)描述實驗的計劃，可以在參考文獻(xiàn)中找到 【15.16】 ，而不是本文總結(jié)。由于在每三個層次有四個參數(shù)，我們采用L9（3 4）正交表來分析它們的影響。振動鉆孔實驗選擇的工藝參數(shù)是：（A）主軸速度， （B）振動頻率， （C）進(jìn)料和（D）切削深度，而響應(yīng)函數(shù)是鉆孔內(nèi)表面粗糙度。范圍和各級參數(shù)數(shù)目的選定列于表1。參數(shù)水平的選擇基于我們初步的測試結(jié)果和在引擎方面的限制。振動鏜孔裝置的頻率特性在初步測試后進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)它的固有頻率是10kHz左右。實驗布局加工參數(shù)見表2。采用L9正交表，人們注意到只有9個實驗需要研究整個加工參數(shù)。